物聯網連接——Wi-Fi HaLow與Zigbee對比

2023-08-28 11:22:04 來源: 電子創新網

隨著物聯網（IoT）的不斷創新，聯網設備正在處理越來越多的智能任務。對于物聯網開發人員來說，部署遠距離、低功耗的可靠網絡來監控不斷增加的物聯網設備套件變得越來越重要。

什么是 Zigbee？

(資料圖片僅供參考)

Zigbee 誕生于 1998 年（2006 年修訂），旨在解決無線機器對機器 (M2M) 和物聯網網絡的問題。Zigbee利用 IEEE 802.15.4 規范中的介質訪問控制層（MAC）和物理層（PHY），在 2.4 GHz 和 sub-1 GHz 頻段的免許可和類許可的無線電頻譜中運行。

Zigbee 的原始數據吞吐率在 2.4 GHz（16 個信道）時為 250 Kbps，在 915 Mhz（10 個信道）時為 40 Kbps，在 868 Mhz（1 個信道）時為 20 Kbps。根據不同的功率輸出和環境特性，2.4 GHz 頻段的傳輸距離從 10 米到 100 米不等，根據監管限制，sub-1 GHz 頻段的傳輸距離可達 1 公里。

Zigbee與 Wi-Fi HaLow 比較

Wi-Fi HaLow 是經 Wi-Fi 聯盟認證的基于 IEEE 802.11 MAC/PHY（介質訪問控制/物理層）的最新協議。Wi-Fi HaLow 結合了 IEEE 802.11ah，可實現各種應用所需的低功耗連接，包括攝像頭、傳感器網絡和可穿戴設備。

Wi-Fi HaLow 可提供當今消費者對Wi-Fi 的所有期望，包括多廠商互操作性、無需中斷現有 Wi-Fi 網絡的簡易設置以及 WPA3^TM最新 Wi-Fi 安全性。Wi-Fi HaLow 可增強其他 Wi-Fi 技術，提供遠距離、低功耗、高性能和安全的 Wi-Fi，為各種物聯網環境提供不斷擴展的產品組合。

技術對比

Wi-Fi HaLow旨在滿足室內外物聯網連接的需求，這就是為什么許多開發人員想知道Wi-Fi HaLow與 Zigbee 等“類似”協議相比有何優勢。

我們來比較一下Wi-Fi HaLow和Zigbee的主要功能。此次比較的是 2.4 GHz 頻率的 Zigbee，因為絕大多數 Zigbee 設備都在此頻率下運行。

連接范圍

Wi-Fi HaLow 使用 1 GHz 以下頻段（850 MHz - 950 MHz 之間）和窄信道（1 MHz 及以上），這使得 Wi-Fi HaLow 設備能夠進行遠距離通信。此外，與 2.4 GHz 信號相比，1 GHz 頻段以下的信號能更有效地穿透墻壁、天花板等障礙物。

Zigbee 運行在 IEEE 802.15.4 MAC 層和 PHY 層之上，是一種主要為2.4 GHz頻帶的室內應用而設計的網狀協議。雖然 Zigbee 各個設備之間的傳輸距離較短（10 - 100 米），但供電充足的 Zigbee 設備可作為中繼器創建網狀網絡，將傳輸距離擴展到 100 米以外。然而，作為中繼器運行的 Zigbee 設備功率并不低，因此在實際應用中，這些設備需要由主電源供電。此外，隨著網狀網路跳數的增加，數據包延遲也會增加，從而降低支持實時應用的可能性¹。Zigbee 適用于低功耗、低數據速率和短距離設備，在照明控制等短距離智能家居應用中很受歡迎。

容量

單個 Wi-Fi HaLow 接入點（AP）可處理數千個不同類型的設備。這使得Wi-Fi HaLow可以輕松擴展到需要大量設備的應用中，例如工業控制和樓宇自動化。例如，在智能家居環境中，由寬帶服務提供商安裝的單個 Wi-Fi HaLow 接入點可輕松滿足任何家居設備的需求。在企業中，可將多個 Wi-Fi HaLow 接入點添加到網絡中，使設備容量遠遠超過 8,191 臺設備。

Zigbee 的網狀網絡功能支持每個網絡中的大量設備，單個網絡中最多可達 65,000 個節點。這是一個理論極限，需要特定的設備充當中繼器來擴展網狀網絡，但并非所有 Zigbee 設備都能做到這一點。例如，飛利浦 Hue 網橋（一系列智能燈泡）使用 Zigbee。不過，這將設備數量限制在 50 臺左右。如上所述，額外的網狀網路跳數，會對數據包延遲產生不利影響。

安全性

Wi-Fi HaLow 采用 IEEE 802.11ah，這意味著Wi-Fi HaLow遵循全球公認的 802.11 安全認證和通信標準。WPA3-Personal 和 WPA3-Enterprise 安全性支持 AES-128 和 AES-256 兩種不同計數器模式的加密。Wi-Fi HaLow的安全性是強制的，該安全性對Wi-Fi HaLow 的吞吐量和延遲影響很小。網絡安全威脅在不斷演變，Wi-Fi HaLow 可以輕松適應新的更高安全級別。

根據 IEEE 802.15.4 的規定，Zigbee 支持計數器模式下的 AES-128 位加密，網絡中的所有設備都使用單個對稱網絡密鑰。網絡密鑰在提供給新設備時由鏈路密鑰加密，但鏈接密鑰可能使用已知的默認值，這可能會導致網絡密鑰的泄露。對于 Zigbee 來說，安全性是一個可選項，使用時應注意確保安全性，并妥善保管網絡密鑰。Zigbee 數據包大小為 127 字節（無安全性）和 68 字節（有安全性）。這意味著為了換來安全性的付出，會嚴重影響 Zigbee 網絡的功耗、吞吐量和延遲性。Zigbee 數據包的大小很難適應未來新的安全威脅。

能源效率

Wi-Fi HaLow 的設計目的是為遠距離、低功耗的物聯網應用提供高能效的 Wi-Fi 版本²。Wi-Fi HaLow 芯片或模塊所需的功率僅為傳統 Wi-Fi 的一小部分。

Zigbee 同樣是為低能耗設備而設計的，比傳統的 Wi-Fi 協議功耗更低，非常適合傳感器等數據量相對較小的應用。雖然Zigbee對于只需要較小數據包的物聯網應用來說是一個很好的低功耗選擇，但Wi-Fi HaLow在更遠范圍內為各種物聯網應用提供了更優的能效，例如在較遠距離使用的攝像機和傳感器。此外，Wi-Fi HaLow能夠更好地支持固件和安全性的遠程升級。

應用的多功能性

Wi-Fi HaLow 在 850 MHz 至 950 MHz 的免許可或類許可 sub-1 GHz 無線電頻譜內運行。只要各廠商的Wi-Fi HaLow 產品獲得 Wi-Fi 認證，消費者就可以放心地使用來自不同廠商的 Wi-Fi HaLow 產品。Wi-Fi HaLow與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6在不同的頻譜中運行，因此所有這些技術都可以共存并相互補充，而不會影響RF性能。

Zigbee 為用戶提供從不同廠商選擇設備的靈活性，并獲得了連接標準聯盟（Connectivity Standards Alliance）的行業互操作性認證。作為一種利用 IEEE 802.15.4 規范的互操作協議，Zigbee 已廣泛應用于眾多智能家居、商業和工業應用中。不過，Zigbee 可能無法與 2.4 GHz 頻段的高速 Wi-Fi 4 和 Wi-Fi 6 設備很好地共存。

作為一種 IEEE 802.11 標準，Wi-Fi HaLow 與 Zigbee 相比還有一個顯著優勢：對互聯網協議（IP）版本4和版本6的本地支持。所有類型的 Wi-Fi 本身都支持 IPv4 和 IPv6，這意味著基于 Wi-Fi 的物聯網設備可以直接連接到互聯網和云服務，而無需通過專用網關。Zigbee 的數據包非常小，支持壓縮版 IPv6，即 6LowWPAN³。要讓 Zigbee 設備與互聯網和云服務通信，必須使用特殊的網關。

可變數據速率與固定數據速率

Wi-Fi HaLow 提供多種調制與編碼方案（MCS）速率，可支持同一網絡中的不同物聯網應用。例如，較高的速率（如 8 MHz 信道中高達 43.3 Mbps 的單流傳輸速率）可支持視頻應用，而較低的速率（如 1 MHz 信道中低至 150 Kbps 的速率）可支持遠距離傳感器。由于功耗通常由無線電發射器或接收器的開啟時間決定，因此較高的速率可使無線電更快關閉，從而有助于節省功耗。

結論

總之，Wi-Fi HaLow 和 Zigbee 都是無線通信技術，但用途不同，功能各異。Wi-Fi HaLow 在許多關鍵領域都優于 Zigbee，包括覆蓋范圍、穿透力、功耗、安全性和吞吐量，而 Zigbee 則更適合專用傳感器網絡。這兩種技術各有優勢和局限。但是，當Wi-Fi HaLow 和 Zigbee結合使用時，可以互為補充，為物聯網世界提供全面的解決方案。請繼續關注，了解這些技術如何挑戰現狀，并在 2023 年為互聯互通帶來兩全其美的解決方案。

注：

1 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9105712/

2 ?https://www.wi-fi.org/downloads-registered-guest/Wi-Fi_CERTIFIED_HaLow_Technology_Overview_20211102.pdf/36879#:~:text=Relevant%20comparison%20studies%20show%20Wi,ensuring%20longer%20device%20battery%20lifetimes

3? https://www.wi-fi.org/downloads-registered-guest/Wi-Fi_CERTIFIED_HaLow_T...

關鍵詞：

物聯網連接——Wi-Fi HaLow與Zigbee對比

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